今天我们来学习一下一个新的搜索,广度优先搜索。
1.广度优先搜索的前提
队列(queue) 是一种 操作受限制 的线性表,其限制:
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只允许从表的前端(front)进行删除操作;
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只允许在表的后端(rear)进行插入操作。
一般允许进行插入的一端我们称为 队尾 ,允许删除的一端称为 队首 ;
队列的主要操作包括:
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入队(push):队列的插入操作
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出队(pop):队列的删除操作
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判断队列是否为空(empty)
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统计队列元素的个数(size)
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访问队首元素(front)
数据存取特点:具有 先进先出 的性质。
2.广度优先搜索
广度优先搜索,又称宽度优先搜索,简称 BFS,我们以后都会用 BFS 来表示广度优先搜索。与深度优先搜索不同的是,广度优先搜索会先将与起始点距离较近的点搜索完毕,再继续搜索较远的点,而深搜却是沿着一个分支搜到最后。
BFS 从起点开始,优先搜索离起点最近的点,然后由这个最近的点扩展其他稍近的点,这样一层一层的扩展,就像水波扩散一样。
对上图进行深搜按照顶点访问顺序会得到序列:A−B−E−F−C−D−G
对上图进行广搜按照顶点访问顺序会得到序列:A−B−C−D−E−F−G
广度优先搜索的层次关系是很明显的,上面的图的分层次关系如下:
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第一层的点为 A
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第二层的点为 B,C,D
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第三层的点为 E,F,G
BFS 需要借助队列来实现:
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初始的时候把起始点放到队列中,并标记起点访问。
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如果队列不为空,从队列中取出一个元素
x,否则算法结束。 -
访问和
x 相连的所有点
v,如果
v 没有被访问,把 v 入队,并标记已经访问。 -
重复执行步骤 2。
最后写出来的代码框架如下:
void bfs(起始点) {
/*将起始点放入队列中;*/
/*标记起点访问;*/
while (/*如果队列不为空*/) {
/* 访问队列中队首元素x */
/* 删除队首元素 */
for (/* x 所有相邻点 */) {
if (/* 该点未被访问过且合法 */) {
/*标记该点访问*/
/*将该点加入队列末尾*/
}
}
}
/*队列为空,广搜结束*/
}
注意这里标记一个点是否访问必须在放入队列的时候标记,避免一个点在队列中但没被访问的情况下再次被放入队列的可能。